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[我问你答] UG模具设计之挤压模具设计原则

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发表于 2022-5-5 15:07 | 显示全部楼层 |阅读模式
本帖最后由 n5tznpz 于 2022-5-5 15:11 编辑
  Y3 A7 m+ f! G. x  d* D. u$ N7 g
概 述3 ~/ m) _  u* b1 P( C
5 d% Z" f6 D& l; e  Q7 h
塑料挤出成型是用加热的方法使塑料成为流动状态,然后在一定压力的作用下使它通过塑模,经定型后制得连续的型材。挤出法加工的塑料制品种类很多,如管材、薄膜、棒材、板材、电缆敷层、单丝以及异形截面型材等。挤出机还可以对塑料进行混合、塑化、脱水、造粒和喂料等准备工序或半成品加工。因此,挤出成型已成为最普通的塑料成型加工方法之一。3 E- a! C* c. u/ B1 ~' n

9 [# Y4 L: |# [, w* t! J: l用挤出法生产的塑料制品大多使用热塑性塑料,也有使用热固性塑料的。如聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、尼龙、ABS、聚碳酸酯、聚砜、聚甲醛、氯化聚醚等热塑性塑料以及酚醛、脲醛等热固性塑料。9 y; q! {$ K+ X) |! x& `- e" O

  w- ?; E5 o# I# ?- Q, B挤出成型具有效率高、投资少、制造简便,可以连续化生产,占地面积少,环境清洁等优点。通过挤出成型生产的塑料制品得到了广泛的应用,其产量占塑料制品总量的三分之一以上。因此,挤出成型在塑料加工工业中占有很重要的地位。% I/ y/ i" _5 f) K: [

( H7 B3 N! K% f7 W2 g& ]3 t& a4 Q# @0 @
挤出成型机头典型结构分析) e* Y: z2 O' z

2 |3 g6 k4 e7 m% J' V" w机头是挤出成型模具的主要部件,它有下述四种作用。- @+ `$ I! a* f

3 P' ?- M4 q, y! R(1)使物料由螺旋运动变为直线运动。5 Z( b, K7 @1 d+ A

+ l/ S' [  I5 ~* N8 L(2)产生必要的成型压力,保证制品密实。
6 `+ z5 ~7 j" _  j
) G5 P) N2 {! p7 m8 _' S1 [, J
(3)使物料通过机头得到进一步塑化。
% o; D+ J# Y1 I
& b# r& q: \" `2 R; i
(4)通过机头成型所需要的断面形状的制品% @, L1 G9 u& x3 J% H: [" z* `
4 t0 h5 [& \  A, _) l
现以管材挤出机头为例,分析一下机头的组成与 结构,见图所示" V  M+ U) I- D+ C4 G; c5 h: Y0 {* U7 Y
* |) E# S" Z4 [  F
1.png
+ w8 @- p/ C3 f* f8 g/ g7 Q$ w, b+ W4 K
4 v0 ^3 ?* a+ Y# X

7 H) C! d& H: G7 o6 m' ]" ~- v$ p+ q
 楼主| 发表于 2022-5-5 15:12 | 显示全部楼层
1.口模和芯棒
4 A; w" H1 k$ T7 n9 _- a1 g, i7 }3 [: A
口模成型制品的外表面,芯棒成型制品的内表面,故口模和芯棒的定型部分决定制品的横截面形状和尺寸。" Z  y# T; y8 p, R; D

( U% ~6 z5 O+ D$ S2.多孔板(过滤板、栅板)
2 M5 a, C4 q  w
5 p, Z4 {  L! ?2 L5 u. L* @7 r
如图8-2所示,多孔板的作用是将物料由螺旋运动变为直线运动,同时还能阻止未塑化的塑料和机械杂质进入机头。此外,多孔板还能形成一定的机头压力,使制品更加密实。
0 z( A0 C) N+ t+ `
0 k5 H5 z/ S' v; T
2.png ( ^) U- P+ a+ \. W

0 m3 x' ^' t. Y" ^4 s5 \3.分流器和分流器支架
, _# ?. u1 V3 J+ z$ e

% T0 ~' q4 A+ K, |分流器又叫鱼雷头。塑料通过分流器变成薄环状,便于进一步加热和塑化。大型挤出机的分流器内部还装有加热装置。9 t+ f9 q0 E% H

, b8 K/ Z2 z% Z- S分流器支架主要用来支撑分流器和芯棒,同时也使料流分束以加强搅拌作用。小型机头的分流器支架可与分流器设计成整体。2 w6 [  p$ e2 h& C

0 p5 X4 [: T# ^4.调节螺钉1 S/ v: O2 a/ @( }- I
1 n5 @4 s( Q5 G
用来调节口模与芯棒之间的间隙,保证制品壁厚均匀。
$ Q, J( B8 R; u, E8 r& S
# z6 `4 v  Z7 ~# O( G3 c6 [5.机头体
+ w3 B3 @3 N( J6 N7 n) `

7 _7 X" \& W7 n& Y* x用来组装机头各零件及挤出机连接。, Z8 K' H* l! J3 s/ Q

7 {7 s2 a2 p7 k4 W8 @- u2 ]2 B: X6.定径套
7 m1 G8 B: J5 o$ n3 O
- g: g0 G' [( m6 Y% x使制品通过定径套获得良好的表面粗糙度,正确的尺寸和几何形状。& g$ W: b5 S/ m, R# w3 y
- j0 a5 R3 |. b. \' f
7.堵塞' t9 f( S4 P4 P( d+ ?- `) D
' I- v) l/ P' s! L# F# l
防止压缩空气泄漏,保证管内一定的压力。5 ]# t; P' r) X( R2 u7 z

+ x, R) \8 I* Y0 E- x- x- ^1 _( E% W  ?
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 楼主| 发表于 2022-5-5 15:13 | 显示全部楼层
挤出成型机头分类及其设计原则  D$ Q3 K4 J: ?9 m5 a  Q$ _3 X

: ]9 t. ^  ]3 J0 d1.分类/ f# O& t- G4 `, P* v7 m% H
- }  l7 Y- |  u
由于挤出制品的形状和要求不同,因此要有相应的机头满足制品的要求,机头种类很多,大致可按以下三种特征来进行分类:
- K5 h' s' d" ]- p3 }8 V, j1 S1 A6 E! Z+ X& S8 k$ l7 T$ z6 Q
(1)按机头用途分类
3 B% G# s# ?( C% x" H

7 _6 ?* S) F( B* |, q/ F可分为挤管机头、吹管机头、挤板机头等;' r4 D4 y* J/ F( t( f3 v7 i

% R+ c( H% Y: d(2)按制品出口方向分类
) d' ]1 `6 t1 [) q1 F; v. e" ]

8 K' y: g8 A* `4 \5 e可分为直向机头和横向机头,前者机头内料流方向与挤出机螺杆轴向一致,如硬管机头;后者机头内料流方向与挤出机螺杆轴向成某一角度,如电缆机头;
! `% u4 |- G) T* [( c7 b
. ^; m( @, K6 G, `8 o5 t# d6 C
(3)按机头内压力大小分类
6 ^* \: i/ Z! X. y6 B6 m" h4 U) y1 O" a# U0 s# T. o. _
可分为低压机头(料流压力为MPa)、中压机头(料流压力为4-10MPa)和高压机头(料流压力在10MPa以上)- q* N7 q" R8 W( k: }
& J) e% @, E. s, W2 W
2.设计原则
$ u& p9 Q) X( I3 H! w* g

3 n' B- R6 A. B(1)流道呈流线型6 K3 {) l% H+ Z+ T6 k3 T3 o7 F5 ?
9 Z0 |4 e! s' u. g
为使物料能沿着机头的流道充满并均匀地被挤出,同时避免物料发生过热分解,机头内流道应呈流线型,不能急剧地扩大或缩小,更不能有死角和停滞区,流道应加工得十分光滑,表面粗糙度应在Ra 0.4um以下。
8 h+ ]# F1 s( W) Z/ j

7 n% Z: s! M9 @. v7 J) q$ w(2)足够的压缩比
3 X  M2 W0 C1 y

& i# f% O( h( Y# P+ I为使制品密实和消除因分流器支架造成的结合缝,根据制品和塑料种类不同,应设计足够的压缩比。
* \  W. }9 k4 f- q( e# p$ P1 C
- A  |1 K1 T$ i0 X- ]3 l
(3)正确的断面形状
3 O' }+ L9 b; h
* q7 ^" U0 g1 y( ?机头的成型部分的设计应保证物料挤出后具有规定的断面形状,由于塑料的物理性能和压力、温度等因素的影响,机头的成型部分的断面形状并非就是制品的相应的断面形状,二者有相当的差异,设计时应考虑此因素,使成型部分有合理的断面形状。由于制品断面形状的变化与成型时间有关,因此控制必要的成型长度是一个有效的方法。
) @  x8 {, j" A
! a- s3 x- A; S4 \
(4)结构紧凑4 V1 e9 C0 c# f$ v! v& n/ T/ u

+ H1 ?5 P) I1 I. ^3 X- r在满足强度条件下,机头结构应紧凑,其形状应尽量做得规则而对称,使传热均匀,装卸方便和不漏料。8 Z5 e/ `8 Y! z. R7 H. j! x

: t# Y# ]. k! S0 Z(5)选材要合理
/ |4 u4 ^4 t7 Y5 ]# E4 f" F' ]  O% i
/ \  B- G$ m8 b; o' R; v
由于机头磨损较大,有的塑料又有较强的腐蚀性,所以机头材料应选择耐磨、硬度较高的碳钢或合金钢,有的甚至要镀铬,以提高机头耐腐蚀性。
1 R$ q0 @# S2 t# R5 ?! {( F
2 l4 B3 G! u# u. T7 j1 v) V- T3 E* p
此外,机头的结构尺寸还和制品的形状、加热方法、螺杆形状、挤出速度等因素有关。设计者应根据具体情况灵活应用上述原则9 a$ c: i- x* f0 |0 m  p

, K# T2 V; S5 k' g9 o" }$ p. g$ O; u* R" G- V4 \
典型挤出机头及设计
$ [: j& _- G; G1 k, r+ V. b6 x
; d# \2 b+ E) Q  b
常见的挤出机头有管材挤出机头、吹管膜机头、电线电缆包覆机头、异形材料挤出机头等。" Q3 A4 o. k0 K& Z1 q, {+ I
管材挤出机头及设计
/ W, }6 L/ |; M2 M+ W& L& @* x. r! u, C- A  a2 H. `
  P$ n2 P& D/ E. s" w, ?+ r
- I( g/ |& Y& f' v- j3 q
* L% A4 c* x; N- W! w
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 楼主| 发表于 2022-5-5 15:15 | 显示全部楼层
1.管材挤出机头的结构形式
2 m& H) Z% O- K  w5 S% i+ f2 z
4 J% p7 E; w8 d# P4 R, ~2 U5 D1 x常见的管材挤出机头结构形式有以下几种:) ^/ v* w2 V% _5 ~! v

3 D$ H, X$ f$ `9 f/ E(1)直管式机头 图8-3为直管式机头。其结构简单,具有分流器支架。芯模加热困难,定型长度较长。适用于PVC、PA、PC、PE、PP等塑料的薄壁小口径的管材挤出。
9 H0 }$ R+ w2 R* r+ J* g( x& I7 O

) q* ]3 N% d. H7 f, p# r(2)弯管式机头 图8-4为弯管式机头。其结构复杂,没有分流器支架,芯模容易加热,定型长度不长。大小口径管材均适用,特别适用于定内径的PE、PP、PA等塑料管材成型。' a8 F1 B& {7 q
1 Q! t' u3 o2 O5 H9 z* Y) }
(3)旁侧式机头 图8-5为旁侧式机头,结构复杂,没有分流器支架,芯模可以加热,定型长度也不长。大小口径管材均适用。
7 q3 z& H; X/ l2 F: C: B* ?( }& `5 y4 P! {% t5 m6 E
2.管材挤出机头零件的设计
/ s) g/ E; k! a, L: O! x/ t  p6 x! [

' D, f* g2 b7 [8 m* y(1) 口模
  X2 T4 K! n( L
( Y9 V$ B5 Y1 s3 z6 Y1 M" h; P7 K
口模是成型管材外表面的零件,其结构如图8-6所示。口模内径不等于塑料管材外径,因为从口模挤出的管坯由于压力突然降低,塑料因弹性恢复而发生管径膨胀,同时,管坯在冷却和牵引作用下,管径会发生缩小。这些膨胀和收缩的大小与塑料性质、挤出温度和压力等成型条件以及定径套结构有关,目前尚无成熟的理论计算方法计算膨胀和收缩值,一般是根据要求的管材截面尺寸,按拉伸比确定口模截面尺寸。所谓拉伸比是指口模成型段环隙横截面积与管材横截面积之比。* A0 W6 A, o0 O0 Z7 ]& f2 _* `- d
1 D2 x$ R" U: w! u3 X" ?+ I
3.png
( G! Z: G# _! W# {; n8 y1 B% @: `7 a. U$ P$ [
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